在現代醫學領域，呼氣分析技術因其無創、便捷和快速的顯著優勢，日益受到廣大科研工作者關注。就在近日，中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所傳來喜訊，研究所的姜琛昱研究員在光譜式呼氣分析儀的研制方面取得了重要進展，為醫療領域的未來發展注入了新的活力。
呼氣分析作為一個有著深厚歷史底蘊的領域，其起源可追溯至中醫“望、聞、問、切”中的“聞”診以及古希臘醫學。近年來，隨著科學技術的不斷發展，呼氣分析技術得到了飛速提升，其在疾病診斷、病情監測等方面的應用前景愈發廣闊。
據了解，到目前為止，科學家已發現人的呼出氣體中含有2000多種揮發性有機物(VOCs)。這些VOCs與疾病及代謝異常密切相關，并經過碳-13同位素、一氧化氮、甲烷以及氫氣等呼氣標記物的檢測，通過美國FDA認證應用于臨床實踐。然而，與目前已確定的2000多種VOCs相比，大量的呼氣標記物缺乏與疾病及健康狀態的相關性研究，成為呼氣分析進入臨床應用的重要難題。
為此，姜琛昱研究員及其團隊一直致力于光譜式呼氣分析儀的研究與開發。此次研究中，他們聚焦于光腔衰蕩光譜技術(Cavity Ringdown Spectroscopy,CRDS)在呼氣標記物高效數據獲取方面的影響因素。通過深入系統地分析，他們發現該技術能夠精準地捕捉到呼氣中特定標記物的信息，為疾病的早期診斷提供了可能。
在實驗過程中，研究人員將目光鎖定重要的呼氣標記物之一——丙酮。丙酮作為一種在人體呼氣中存在且與多種生理病理狀態相關的化合物，其濃度的變化往往能夠反映出人體的健康狀況。為了更高效地檢測丙酮，團隊自主設計了輕量壓控諧振腔，并與新型多孔碳材料相結合，研制出CRDS呼出丙酮檢測系統。這一創新的設計不僅提高了對丙酮的檢測靈敏度，還解決了以往在呼氣標記物檢測中存在的一些技術難題。
實驗結果表明，CRDS呼出丙酮檢測系統衰蕩信號測量的相對標準偏差0.12%。響應速度快，響應時間僅為1秒；丙酮的檢測極限144 ppb，檢測線性度0.99921。與檢測“金標準”GC-MS的進行比較試驗，相關系數為1.0025，儀器總質量小于5.0 Kg。各性能指標顯著優于前期研究工作，并在運動管理、I型糖尿病監測和酮癥診斷等臨床代謝的相關應用中，完成了2000余例呼氣樣本高靈敏、高精準、實時在線檢測。此次研究成果不僅展示了光腔衰蕩光譜技術在呼氣標記物高效數據獲取中的潛力，還為未來的呼吸分析檢測提供了新的思路和方法。
隨著技術的不斷成熟和完善，光譜式呼氣分析儀有望在未來得到更廣泛的推廣和應用。這不僅將大大提升醫療診斷的效率和準確性，還將為廣大患者帶來更加便捷和舒適的體驗。同時，它也將為醫療科技的發展開辟新的研究方向，推動整個行業的進步。
素材來源：中國科學院蘇州生物醫學工程技術研究所
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